钢制压力容器焊接工艺钟福健

钢制压力容器焊接工艺设计作者：钟福健学号：1104321指导教师：杨玉芳专业：材料成型及控制工程第1章绪论第2章实验材料及设备第3章16MnR钢压力容器焊接工艺设计第4章焊接接头力学性能检测第5章结论论文结构1.1压力容器概述1.2压力容器焊接概况1.3本课题研究的内容及意义第1章绪论本课题研究的内容：16MnR钢压力容器的焊接工艺，从16MnR钢的化学成分、力学性能出发，分析了16MnR钢的焊接性。制定16MnR钢压力容器的焊接工艺，主要包括焊接方法及设备的选择和材料、焊接参数的确定等。1.3本课题研究的内容及意义本课题研究的意义：压力容器是一个涉及多行业、多学科的综合性产品，制定合理的钢制压力容器焊接工艺，通过力学性能检测来评定钢制压力容器的焊接工艺，为其完美应用于工程实际提供理论基础和实验依据。所以，对钢制压力容器焊接工艺设计研究，具有十分重要的理论意义和工程实用价值。1.3本课题研究的内容及意义2.1实验材料2.2实验设备第2章实验材料及设备1.16MnR钢化学成分2.1实验材料CSiMnPS≤0.200.20-0.551.20-1.60≤0.035≤0.030表2.116MnR钢化学成分16MnR钢化学性能2.1实验材料板厚（mm）抗拉强度σb(MPa）屈服强度σs(MPa）伸长率（%）冲击韧性值αkv(J/cm2冷弯试验180℃6-16510-640≥345≥21≥31d=2a16-36490-620≥325≥21≥31d=3a36-60470-600≥305≥21≥31d=3a60-100460-590≥285≥20≥31d=3a100-120450-580≥275≥20≥31d=3a表2.216MnR钢力学性能1.焊条电弧焊设备2.2实验设备图2.1焊条电弧焊设备ZX7-4002.埋弧焊设备2.2试验设备图2.2埋弧焊设备MZ-10003.CO2焊设备2.2试验设备图2.3CO2焊设备3.1压力容器焊接接头分类3.2筒节的拼接纵缝焊接工艺3.3筒节间的环焊缝焊接工艺第3章16MnR钢压力容器焊接工艺3.1压力容器焊接接头分类图3.1压力容器典型的焊接接头类别1.焊接方法选择焊条电弧焊和埋弧焊相结合的方式。其中焊条电弧焊用于定位焊，埋弧焊用于焊缝的焊接。3.2筒节的拼接纵缝焊接工艺2.焊接材料（1）E5015焊条化学成分3.2筒节的拼接纵缝焊接工艺CMnSiSP-1.60.750.350.04CrNiMoV0.20.30.30.08表3.1E5015焊条化学成分2.焊接材料（2）H08MnA化学成分3.2筒节的拼接纵缝焊接工艺碳锰硅铬镍0.10.8~1.10.070.20.3表3.2H08MnA化学成分3.焊前准备（1）焊接区清理（2）焊接材料的预处理（3）焊前预热3.2筒节的拼接纵缝焊接工艺4.坡口的选择3.2筒节的拼接纵缝焊接工艺图3.2I型坡口5焊接参数确定（1）电流的选择（2）电压的选择（3）焊接速度选择（4）焊接层数选择（5）气体流量选择3.2筒节的拼接纵缝焊接工艺焊接电流选择I型对接焊时，焊接电流与熔透深度之间的关系曲线如图3.3所示。3.2筒节的拼接纵缝焊接工艺图3.3焊接电流和熔透深度之间的关系曲线图焊接电流的选择是，当正面焊时：400A~420A；背面焊时：430A~470A。埋弧焊电压选择3.2筒节的拼接纵缝焊接工艺图3.4电弧电压对焊缝形状影响a)不同电弧电压下的焊缝横截面形状b)电弧电压对焊缝尺寸的影响b—熔宽h—熔深a—余高选择的焊接电压，正面焊时：30V~32V；背面焊时：30V~32V。1.焊接方法由于环焊缝的焊道有弧度，所以不适于选择埋弧焊，所以选择了CO2焊方法焊接，定位焊和焊缝的焊接都选用CO2焊的焊接方法。3.3筒节间的环焊缝焊接工艺2焊接材料CO2焊的焊接方法缺点也很明显，烟尘大，飞溅大，所以本课题选择E70T-1药芯焊丝。3.3筒节间的环焊缝焊接工艺型号CMnSiE70T-10.061.580.69表3.3E70T-1药芯焊丝化学成分3.焊前准备焊前准备主要就是焊件的焊前清理工作。3.3筒节间的环焊缝焊接工艺4.坡口的选择表面及两侧各20mm，坡口间隙2mm，钝边高度为1mm。如图3.5：3.3筒节间的环焊缝焊接工艺图3.5Y型坡口5.焊接参数确定（1）焊接电流的选择（2）电弧电压的选择（3）焊条直径的选择（4）焊接速度的选择（5）电流极性的选择（6)气体流量的选择（7）焊丝伸出度的选择3.3筒节间的环焊缝焊接工艺（1）焊接电流的选择3.3筒节间的环焊缝焊接工艺焊丝直径∕mm焊接电流∕A细滴过渡(电弧电压30~50V）短路过渡（电弧电压16~22V）0.8150~25060~1601.2200~300100~1751.6350~500120~1802.4600~750150~200表3.6焊接电流的选择选取定位焊焊接电流为340A，焊缝焊接电流为350A。（2）电弧电压的选择3.3筒节间的环焊缝焊接工艺焊丝直径短路过渡滴状过渡焊接电流∕A电弧电压∕V焊接电流∕A电弧电压∕V0.640~7017~190.860~10018~191.080~12018~211.2100~15019~23160~40025~351.6140~20020~24200~50026~402.0200~60027~402.5300~70028~423.0500~80032~44表3.7常用焊接电流及电弧电压的适用范围可按照表3.7选取，即分别为33.5V和34V。4.1拉伸试验4.2弯曲试验第4章焊接接头力学性能检测4.1拉伸试验编号试验宽度试验厚度横截面积抗拉强度ψ断部特征1256150552.513.纤维状22561505305.4纤维状3256150517.67.6纤维状425615048014.3纤维状5256150513.48.3纤维状62561505207.1纤维状72561505059.8纤维状8256150472.515.6纤维状9256150525.56.2纤维状表4.1实验结果采用等成分匹配焊材时，根据钢材焊后失强率公式Ψ=（δb-δa）/δb················································4.1式中δb————母材抗拉强度δa————焊缝抗拉强度Ψ1=（560-552.5）/560=1.3%Ψ2=（560-535）/560=5.4%Ψ3=（560-517.6）/560=7.6%Ψ4=（560-480）/560=14.3%Ψ5=（560-513.4）/560=8.3%Ψ6=（560-520）/560=7.1%Ψ7=（560-505）/560=9.8%Ψ8=（560-472.5）/560=15.6%Ψ9=（560-525.5）/5606.2%4.1拉伸试验通过比较实验结果发现：根据资料可知16MnR钢焊后理论时强率为28%，拉伸试验结果可知16MnR钢焊后失强率为1.3~15.6%，平均失强率为8.4%。16MnR钢在焊接过程中，对接头的强度而言却并没有太大的损害。这主要是因为钢材焊接时由于热循环的作用热影响区没有发生软化。实验结果充分说明焊缝具备足够的强度，焊接接头性能能良好。4.1拉伸试验4.2弯曲试验试样编号弯曲类型试样厚度弯心直径弯弯曲角度实验结果1侧弯640180无裂2侧弯640180无裂3侧弯640180无裂4侧弯640180无裂5侧弯640180无裂6侧弯640180无裂7侧弯640180无裂8侧弯640180无裂9侧弯640180无裂表4.2试验数据实验结果分析弯弯至180度没有发生开裂，说明16MnR钢焊接接头性能良好，从而所设计得工艺是可行的。4.2弯曲试验在焊接材料各方面条件一定的情况下，影响焊接工艺的主要工艺参数有电流、电压、焊接速度、焊丝直径等因素。本文通过一定的实验，在分析各方面研究成果的情况下，通过对16MnR钢压力容器焊接工艺的设计，得到如下结论：第5章结论（1）16MnR钢焊接性良好，可采用焊条电弧焊、埋弧自动焊及CO2焊等各种焊接方法施焊。（2）对于筒体纵、环缝的焊接，考虑到其钢板类型及厚度，选用焊条电弧焊定位，埋弧焊焊接焊缝能满足材料性能要求。（3）16MnR钢具有优良的塑性和韧性，但在使用埋弧焊焊接时，选用的焊接电流不宜过大，否则将不能满足力学性能要求。（4）压力容器筒体纵焊缝的定位焊选择直流正接，焊条的熔敷速度比反接时高，焊接速度较快，电弧的热量集中于焊条上，母材的熔深较浅。（5）CO2电弧电压的大小决定了电弧的长短和熔滴的过渡形式，它对焊缝成形、飞溅、焊接缺陷以及焊缝的力学性能有很大的影响。第5章结论谢谢各位老师